제조용 액체 크로마토그래피에서 Column 크기와 HETP의 상관관계

초록

크로마토그래피에서의 분리는 물질간의 체류시간의 차이에 의해서 결정된다. Column 효율은 이동상의 유속, 입자 크기, column 크기의 함수이고 피크의 폭에 의해서 결정된다. 피크간의 분리는 이동상과 고정상간의 특성인 column 선택도의 함수로 나타내어진다. 체류시간은 관내의 이동상과 고정상의 부피, 물질과 고정상의 용량인자에 의해 결정된다. 이론단수의 개념은 증류 이론으로부터 발전되어 왔으며 크로마토그래피 공정에서도 이러한 개념을 적용할 수 있고, column 효율을 측정할 수 있는 중요한 수단이 된다. 기본적으로 column 효율은 체류시간과 피크의 폭간의 비교이다. Column이 효율적이면 피크의 폭은 작아지며 이론단수는 column 길이에 비례한다. 서로 다른 조건의 column이라고 할지라도 column의 척도로서 HETP (Height Equivalent to a Theoretical Plate)를 이용하여 column 효율을 비교 및 예측할 수 있다. 분석용 기기로서 우수한 성능을 갖는 크로마토그래피를 scale-up을 하기에는 많은 operating variables 또는 column 크기에 대해서 최적화할 필요가 있다. 많은 변수에 대해서 HETP의 최적조건을 실험적으로 구하기에는 어려움이 있고 이를 위해서 상관관계식을 이용하는 것이 최근의 경향이다 [3-5]. 제조용 크로마토그래피를 이용하여 많은 양의 원료를 분리하기 위해서는 분석용 column에서 사용된 충진물보다 많은 양을 필요로 한다. 이 양을 충진시키기 위한 column의 크기는 원통형으로 D와 L값을 결정해야 한다. 따라서 주입된 시료의 질량과 column의 크기는 제조용 크로마토그래피 공정에서 중요한 의미를 갖게 된다. 본 연구에서는 시료의 주입부피와 시료의 농도, 이동상의 유속, 이동상의 조성 변화 (methanol의 부피양)와 column의 크기 (직경과 길이)가 HETP에 미치는 영향을 고찰하였다. 각각의 실험변수 및 실험변수간 상호작용에 의한 HETP변화를 고려하여 회귀분석에 의하여 linear, quadratic, quadratic 및 interaction term, 자연로그를 포함한 linear, quadratic, quadratic 및 interaction term을 포함하는 6개의 상관관계식을 시도하였고 이 중 regression coefficient가 가장 좋은 식을 이용하여 각 실험변수가 HETP에 미치는 영향을 고찰하였다.